CeO2负载铜掺杂钌催化剂实现聚乙烯高效催化氢解与低气体产物选择性转化

本研究发现CeO2负载的铜掺杂钌催化剂（Cu(1)-Ru(1)/CeO2）在聚乙烯氢解反应中显著抑制甲烷生成（2.3%），实现96%高价值化学品（液体燃料C5-C21与蜡质C≥22）产率。该多相催化体系通过构建Ru-Cu表面合金与纳米级活性颗粒（约1 nm），有效调控Ru集合体尺寸，突破连续C-C键解离瓶颈，为聚烯烃低碳循环（Chemical Recycling）提供新策略。

　　

Section Snippets

Materials

所用聚烯烃为商业产品：低密度聚乙烯（LDPE，数均分子量M_n约1,700，重均分子量M_w约4,000，Sigma Aldrich；M_n 3,000,000–6,000,000，Sigma Aldrich）、线性低密度聚乙烯（LLDPE，熔融指数1.0 g/10 min，463 K/2.16 kg，Sigma Aldrich）、高密度聚乙烯（HDPE，熔融指数12 g/10 min，463 K/2.16 kg）。以M_n约1,700的LDPE作为标准底物。

Catalyst Preparation

Ru(x)/CeO₂催化剂通过浸渍法制备，其中x（x=0.5–5）表示Ru负载量（wt%）。

Catalyst Screening and Catalytic Performance

首先研究了Ru/CeO₂催化剂中Ru负载量对低密度聚乙烯（LDPE，M_n=1,700，M_w=4,000）氢解反应的影响（表1）。CeO₂载体经1173 K煅烧（该温度通过CeO₂煅烧温度筛选确定，见表S2，我们先前工作[15]已报道此趋势）。反应温度设为513 K，以实现多种塑料的转化。

Catalyst Characterization and Proposed Active Site and Reaction Mechanism

为阐明Cu(1)-Ru(1)/CeO₂催化剂在LDPE氢解中低气体选择性的原因，我们采用H₂-TPR、XRD、TEM、XAS和FT-IR CO吸附等多种方法对相关催化剂进行了表征。

首先对Cu(x)-Ru(1)/CeO₂、Ru(5)/CeO₂、Ru(1)/CeO₂、Cu(1)/CeO₂和CeO₂进行了H₂-TPR分析，结果见图S4和表S8。Ru(5)/CeO₂和Ru(1)/CeO₂在350 K附近显示主信号，并在更高温度（约450–750 K）出现宽信号。

Conclusions

我们发现负载于CeO₂的1 wt% Cu和1 wt% Ru催化剂（Cu(1)-Ru(1)/CeO₂）是一种有效的多相催化剂，可用于LDPE氢解，通过抑制气体产物（C₁–C₄，产率4.3%（CH₄: 2.3%））生成，以96%产率获得高价值化学品（液体化学品（C₅-C₂₁）和蜡（C_≥22））。即使在2 MPa的低压条件下，也表现出高转化率下的低气体选择性。此外，该催化剂适用于多种聚乙烯（如HDPE、LLDPE）和实际塑料废物（如牛奶瓶）的反应。